Устройство для измерения коэффициента поглощения и скорости распространения ультразвука Советский патент 1979 года по МПК G01N29/02 

чение временного разрешения при регис-р радии быстропротекаюших процессов. Поставленная цепь достигается за счет трго, что в устройство для измерения коэффициента поглощения и .скорости ультразвука, содержащее измер№тельную камеру с излучающим и пьезопреобразователями, диапазо ный генератор, подключенный ко входу излучающего пьезопреобразователя, частотомер, подключенный к ш 1ходу vieanasoHHoro генератора, н подключенные цоследовательно к выходу приемного пьезопреобразователя усилитель н линейный детектор, введены низкочастотный генератор, операционный усилитель, пикоёыЪ детектор, блок установки опорного напряжения, два ключа и осциллографический индикатор, причем входы операционного усилителя подключены через первый ключ к выходам линейного детекто ра и блока установки опорного напряжен вход диапазонного генератора через второй ключ подключен к галходам операцио ного усилителя и низкочастотного генера тора, вход блока установки опорного нап жения через пиковый детектор подключен к выходу усилителя, а вход оспиллографичеекого индикатора - к выходу линейного детектора. На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства для измерения крэффшгаента поглощения н скорости рас пространения ультразвука. Устройство содержит диапазоннатй ге нератор 1 с управляемой частотой, измерительную интерферометрическую каме ру 2 постоянной длины с пьезоизлучате лем 3 в иьезоприемником 4, усилитель 5, линейный детектор 6, пиковый детектор 7, блок 8 установвш опорного напр$ женвя, операционный усилитель 9, генератор io низкой частоты, осциллограф 11, частотомер 12, первый 13, и второй 14 ключи. Блок установки опорного напряжения включает делитель 15, нуль-индикатор 16, ключ 17, который может блть кинематически связан с кл1 чом 14, и резистор 18. Устройство работает слевдпющим образом. . Ручкой диапазонного генератора 1 частоту подводят к значению, близкому . к максимуму одного из резонансных пиков. . В режиме настройки системы ключ 14 устанавливают в положение, при котором генератор 1О соединен с упра&ляющим входом диапазонного генератора 1 и замкнута цепь нуль-индикатора 16 в блоке 8. При этом генератор 1 вырабатывает частотно-модулированное напряжение, возбуждающее пьезоизлучатель 3, который излучает ультразвуковые волны, распространяющиеся в исследуемой среде, находящейся в интерферометрической к&мере 2. Ультразвуковые волны преобразуются пьезоприемником 4 в электрические колебания. Электрические колебания на выходе пьезоприемника являоотся амшштудно-модулированными в соо геетст вии с амплитудно-частотной характеристикой интерферометрической камеры 2. Эти колебания, усиленные усилителем 5, детектируются на пиковом детекторе 7, а полученное напряжение, соответствующее пиковому значению, подается на делитель устройства установки опорного напряжения, где оно делится в отношении (К + ) 2 : 0,7О7. Напряжение средней точки потенциометра при помощи нуль-индикатора 16 устанавливает ся равным напряжению средней точки делителя. В результате на один из входов оп рационного усилителя подается напряжение, равное 0,7О7 OTU резонансного йика. Затем систему переводят в р&жим измерения. В режиме измерения цепь нул1 индйкатора 16 разомкнута и управлшощий вход генератора 1 соединен с выходом операционного усилителя 9. Сигнал с выхода усилителя 5, детектированный на линейном детекторе 6,- через ключ 13 подается на один из входов усилителя 9, на противофазный вход которого подано опорное напряжение с блока 8, Усилитель 9 является элементом цепи обратной св5ззи и служит для сравнения напряжения с выхода линейного детектора 6 с опорным напряжением и для усиления полученного сигнала ошибки {разности двух напряжений). Сигнал ошибки с выхода операционного усилителя подается через ключ 14 на управл1шощий вход диапазонного генератора 1. Ключ 13 служит для перемены знака сигнала ошибки. При достаточном коэффициенте усиления операционного ус лителя 9 автоматически устанавливается такая частота диапазонного генератора, что выполняется условие равенства напряжений на уходах операционного усилителя, причем частота устанавливается на том склоне резонансного пика, который соответствует отрицательности обратной свжзи. Частота, измеренная частотомеро 12, соответствует, таким образом, уров 0,707 одного из склонов резонансного н ка. Затем ключом 13 изменяют знак сигиала ошибки на противоположный и снова измеряют частоту (при этом частота соответствует уровню 0,707 проти воположного склона резонансного пика). Разность полученных значений частоты дает полуширину резонансного пика, однозначно связанную с энергопотерями в интерферометрической камере. Полусум ма значений частот дает частоту максим ма резонансного пика и определяется скоростью распространения ультразвука в исследуемой среде. При исследовании й 1стрых изменений скорости ультразвука при неизменном поглощении в исследуемой среде возможны два режима измерения, Если характерное время исследуемого процесса много больше характерного вре мени цепи обратной связи, то систему фиксируют на одном склоне резонансного пвка и непрерывно регистрируют показакия цифрового частотомера. Временное разрешенве в этом режиме ограничено возможностями пи рового частотомера. Если характерное вр&ля исследуемого процесса много меньше характерного времени цепи обратной CBSJBH, то частота зафиксированная на одном из склонов, не успевает измениться за время измер& ния. При этом меняется напряжение на выходе детектора 6 в соответствии с изменением амплитудно-частотной характеристики интерферометрической камеры, н 13ванным изме гением скорости в иссл& дуемой среде. Регистрацию ведут осин лографом 11. Временное разрешение ограничено в этом случае постоянной времени установления интерференционной картины в камере. Этом предел определяется величиной энергопотерь в камере. Цепь обратной свази играет роль стаб лвзатора частоты. Изменяя постоянную времени цепи обратной связи можно перекрыть весь возможный диапазон характерных времен исследуемых процессов Высокая чувствительность предлагаемого устройства при измерении скорости распространения и поглощения ультразвука обеспечивается жесткой обратной связью, в качестве опорного элемента которой выступает интерферометрическая камера с крутой амплитудно-частотной характеристикой на склоне резонансного пика. Наличие обратной связи, кроме того, резко понижает требования к частотной стабильности дианазонного генератора. Предлагаемое устройство позволяет исследовать кинетику процессов во всем принципиально доступном для интерферометра диапазоне характерных времен. Формула изобретение Устройство для измерения коэффвадента поглощения и скорости распространения ультразвука, содержащее измерительную камеру с излучающим и приемным пьезопреобразователями, диапазонный генератор, подключенный ко входу излучающего льезопреобразователя, частотомер, подключенпый к выходу диапазонного генератора, и подключенные последовательно к выходу 1фиемного пьезопребразователя усилитель и линейный детектор, отличающееся тем, -что, с целью повышения чувствительности и увелте ния временного разрешения при регистрации &.1стро11ф1отекающих процессов, в него введены низкочастотны и-генератор, оп ационный усилитель, пиковый детектор, блок установки опорного напряжения, два ключа и осциллографический индикатор, причем входы операционного усилителя подключены через первый ключ к вмходам линейного детектора и блока установки опорногю напряжения, вход диапазонного генератора через второй ключ, подклю1чев к выходам операционного усилителя н низкочастотного генератора, вход блока установки опорного напряжения черва Ш1кои 1й детектор подключен к выходу усилителя, а вход осцидлографического индикатора - к выходу линейного детвк тора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 372495, кл. G 01 N 29/ОО, 1971. 2.Кундротас К. и др. Цифровой уль-рразвуковой интерферометр постояиной длины. Минтис, Ультразвук, 1973, № 5, с. 141.

.-;... -

v -K.t 4

655960